[发明专利]基于矩形波信号的电弧供电系统及电弧供电电源

说明书

本发明公开了一种基于矩形波信号的电弧供电系统及电弧供电电源，该电弧供电系统包括：控制系统和功率变换电路；其中，功率变换电路包括：变压器、整流器和逆变器；变压器的初级绕组与交流电网连接；变压器的次级绕组与整流器的交流输入端连接；整流器的直流输出端通过直流母线与逆变器的直流输入端连接；逆变器的交流输出端与电弧设备连接；控制系统，与功率变换电路和电弧设备分别连接，用于采集电弧设备的电弧电流，并根据电弧设备的电弧电流，控制功率变换电路中的逆变器输出满足电弧稳定燃烧条件的矩形波电压信号。本发明提供的电弧供电系统，无需要串入电感，即可提供满足电弧设备稳定燃烧电弧所需的交流电。

技术领域

本发明涉及电弧供电领域，尤其涉及一种基于矩形波信号的电弧供电系统及电弧供电电源。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

交流电弧加热广泛应用于交流电弧炉、电焊机等电弧设备中，由于交流电源按其频率(例如，50Hz)从零、正向最大值、零、反向最大值、零的过程周期性变化(每秒钟变化50次)。图1为现有技术中提供的一种电弧电压和电流随时间变化的波形示意图，如图1所示，由于交流电弧本身的阻抗特性具有非线性，点燃电弧需要一定的初始电压(即燃弧电压Ui)，燃烧的电弧电压Ua随着电流Ia增加而降低(负阻抗特性)，直到电弧电压衰减到到一定的电压(熄弧电压Ue)时电弧熄灭。

目前，业内普遍认为交流电弧具有非线性的电阻特性。而在纯阻性或电感值不足的电路中，由于电流和电压相位接近，在电弧燃烧的过程中，电弧以两倍的交流电源频率(例如，50Hz)的两倍周期性频繁点燃和熄灭，电弧不能连续燃烧。为了达到交流电弧稳定燃烧的目的，现有的电弧供电系统，在电弧的供电回路中串入一个电感(电感值一般不低于以回路容量为基准标幺值的30％)，在电弧熄灭的瞬间，由于电流的变化率大，将在电感两端产生较高的感应电压，该感应电压与电源电压叠加后大于电弧的燃弧电压，使得电弧电流连续不间断，以达到电弧稳定燃烧的目的，如图2所示为在电弧设备的供电回路中串入电感后电弧电压和电流随时间变化的波形。

图3示出了串入电感的电弧供电电路，如图3所示，在电弧供电回路中串入电感，会使得供电回路的电流相位滞后于系统电压，导致供电回路总体功率因数变低，有功损耗加大，用电效率变低。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供一种基于矩形波信号的电弧供电系统，用以解决现有电弧供电系统在供电回路中串入一个电感来提供电弧稳定燃烧的交流电，由于电感会使得供电回路中的电流存在滞后性，导致供电回路总体功率因数变低、有功损耗加大且用电效率变低的技术问题，该电弧供电系统包括：控制系统和功率变换电路；其中，功率变换电路包括：变压器、整流器和逆变器；变压器的初级绕组与交流电网连接；变压器的次级绕组与整流器的交流输入端连接；整流器的直流输出端通过直流母线与逆变器的直流输入端连接；逆变器的交流输出端与电弧设备连接；控制系统，与功率变换电路和电弧设备分别连接，用于采集电弧设备的电弧电流，并根据电弧设备的电弧电流，控制功率变换电路中的逆变器输出满足电弧稳定燃烧条件的矩形波电压信号。

本发明实施例还提供一种电弧供电电源，用以解决现有电弧供电系统在供电回路中串入一个电感来提供电弧稳定燃烧的交流电，由于电感会使得供电回路中的电流存在滞后性，导致供电回路总体功率因数变低、有功损耗加大且用电效率变低的技术问题，该电弧供电电源包括：上述的基于矩形波信号的电弧供电系统。